L’Universo sull’orlo di un precipizio

Più osserviamo l’Universo e più ci appare strano. Oggi, fisici e astronomi sono impegnati ad affrontare tutta una serie di ostacoli per comprendere alcuni aspetti sull’origine e il contenuto dell’Universo. Qui di seguito, esaminiamo con l’aiuto di alcuni scienziati cinque problematiche che sembrano inspiegabili e ci chiediamo che cosa si cela dietro di essi.

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L’importanza degli universi virtuali

Mentre gli scienziati di diversi campi di studio possono condurre esperimenti in laboratorio, come i fisici delle particelle con i loro grandi acceleratori o i biologi che utilizzano potenti microscopi, gli astronomi non sono in grado di studiare da vicino una stella o un pianeta. Persino i telescopi più avanzati forniscono solo immagini istantanee del cosmo in cui sono veramente pochi i cambiamenti che possono essere analizzati durante la nostra vita. Rimangono, perciò, questioni aperte, come ad esempio il problema che riguarda la formazione della nostra galassia, che cos’è la materia scura e quale sia il ruolo che hanno i buchi neri supermassicci che risiedono nel nucleo delle galassie. Nel tentativo di rispondere a queste problematiche, oggi alcuni cosmologi stanno affrontando progetti ambiziosi: creare “universi virtuali” che, grazie alle simulazioni al computer, potranno fornire preziosi indizi per comprendere l’evoluzione cosmica.

L’espansione cosmica va rivista?

Una discrepanza peculiare sta portando gli astronomi a riflettere su ciò che sappiamo sull’espansione dell’Universo, che mostrerebbe una maggiore accelerazione di quanto misurato. Se questo è vero, potrebbe esistere “qualcosa” di più profondo che ci sfugge. E questo qualcosa potrebbe essere collegato, forse, all’esistenza di nuove particelle o suggerire che l’energia scura, quell’enigmatica componente che sta causando l’espansione accelerata dello spazio, possa variare nel corso del tempo. I risultati di questo studio sono riportati su Astrophysical Journal.

Osservare lì dove non c’è nulla

Molte informazioni potrebbero essere contenute nei vuoti cosmici. È quanto emerge da uno studio pubblicato su Physical Review Letters in cui un gruppo internazionale di astronomi presenta nuove strategie di ricerca per esplorare il comportamento della gravità e la natura dell’energia scura.

Nuovi scenari per l’astronomia gravitazionale

L’annuncio relativo alla rivelazione delle onde gravitazionali da parte del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ha causato una grande eco nell’ambito della comunità dei fisici e astronomi al punto che adesso si dovrà iniziare davvero ad esplorare più in profondità questa nuova finestra sull’Universo. Come è stato già detto, il segnale, registrato il 14 Settembre 2015 da entrambi gli interferometri LIGO, è stato prodotto dalla fusione di due buchi neri di massa iniziale pari a circa una trentina di Soli. Ciò ha permesso agli scienziati di risolvere immediatamente un enigma astrofisico in quanto l’esistenza di binarie di buchi neri era stata messa in dubbio. Ulteriori osservazioni potranno fornirci preziosi indizi sulla natura di oggetti esotici come le stelle di neutroni e le supernovae. Ma siamo solo all’inizio. Le onde gravitazionali ci permetteranno di esplorare non solo alcuni aspetti della fisica fondamentale ma possibilmente potranno portarci ai primi istanti di vita dell’Universo. La domanda è: quali misteri della cosmologia potremo mai risolvere ora che siamo entrati nell’era dell’astronomia gravitazionale?

L’Universo senza compleanno

Secondo il modello del Big Bang, la struttura su larga dell’Universo si espande continuamente, e sempre più velocemente, e lo spazio appare mediamente uguale in ogni direzione. Inoltre, il modello del Big Bang assume che la fisica convenzionale, inclusa la teoria della gravità di Einstein, sia più o meno corretta. In base a questo modello, se si riavvolge indietro di 13,8 miliardi di anni la storia cosmica si arriva ad un “inizio” in cui l’Universo si trovava in uno stato fisico incredibilmente caldo e denso: stiamo parlando della singolarità gravitazionale. Il tempo inizia quando questa singolarità esplode nel Big Bang. Stephen Hawking ha dichiarato che è possibile “eliminare” dalle nostre teorie cosmologiche alcuni eventi “prima” del Big Bang in quanto non esiste alcun modo di misurarli. Tuttavia, la domanda su ciò che ha preceduto il Big Bang rimane ancora affascinante e per qualche scienziato non si può evitare dal punto di vista teorico.

Esplorando l’energia scura con i supercomputer

Il prossimo decennio potrebbe vedere un rapido sviluppo nell’ambito della ricerca sull’energia scura, quella enigmatica componente che costituisce circa il 70 percento del contenuto materia-energia dell’Universo. Due nuovi strumenti, molto potenti, esploreranno il cielo a caccia di galassie distanti. DESI, che sta per Dark Energy Spectroscopic Instrument, misurerà la distanza di 35 milioni di oggetti cosmici mentre LSST, il Large Synoptic Survey Telescope, realizzerà una serie di immagini e video ad alta risoluzione di circa 40 miliardi di galassie. Entrambi gli strumenti permetteranno agli astronomi di comprendere ancora più in dettaglio come l’energia scura, quel fenomeno che sembra essere responsabile dell’espansione cosmica accelerata, abbia dato forma alla struttura dell’Universo nel corso del tempo.

L’idea del multiverso: quali evidenze?

La storia dell’umanità può essere considerata come una sorta di viaggio verso la conoscenza, nonostante il nostro pianeta sia stato declassato dal centro dell’Universo a un corpo celeste roccioso che orbita attorno ad una stella di classe media che si trova, a sua volta, in una delle tante miliardi di galassie che popolano il cosmo. Tutto questo fa senso anche a molti fisici i quali ritengono oggi più di prima che anche il nostro Universo possa essere considerato come una minuscola porzione di una struttura più grande. L’idea è che ci potrebbero essere tantissimi universi che come “bolle” sono venuti all’esistenza e stanno crescendo esponenzialmente: stiamo parlando di una ipotesi o meglio di un modello noto come multiverso.

Gli ammassi di galassie

 

Gli ammassi di galassie rappresentano le strutture più grandi legate dalla gravità. Essi possono contenere migliaia di galassie confinate in un volume di spazio esteso all’incirca 10 milioni di anni-luce. Si tratta di laboratori cosmici dove gli astronomi studiano l’evoluzione galattica dato che molti processi fisici, che possono modificare la struttura delle galassie, avvengono rapidamente in presenza di un ambiente alquanto affollato.

Supernovae con sorpresa

Gli astronomi hanno catturato per la prima volta le fasi iniziali della “agonia” di una supernova, trovando che le esplosioni stellari sono molto più variegate di quanto ipotizzato. I risultati sono pubblicati su Nature.